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KR100927467B1 - 내구성이 우수한 ｏ-플레이트 및 이를 포함하는 일체형편광판 - Google Patents

내구성이 우수한 ｏ-플레이트 및 이를 포함하는 일체형편광판 Download PDF

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KR100927467B1
KR100927467B1 KR1020060113253A KR20060113253A KR100927467B1 KR 100927467 B1 KR100927467 B1 KR 100927467B1 KR 1020060113253 A KR1020060113253 A KR 1020060113253A KR 20060113253 A KR20060113253 A KR 20060113253A KR 100927467 B1 KR100927467 B1 KR 100927467B1
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신두현
윤창훈
전병건
박문수
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 O-플레이트(O-plate) 및 이를 포함하는 일체형 편광판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 다습한 환경에서 액정 필름을 포함하는 위상차 필름을 사용할 경우에 나타날 수 있는 내구성 저하를 해결하기 위하여 신규한 기재를 사용하였을 경우에서조차도 기재 및 액정층과의 접착성 및 배향성이 우수한 배향막을 포함하는 광학 보상 필름 및 이를 포함하는 일체형 편광판에 관한 것이다.
본 발명의 O-플레이트는 기재, 폴리비닐 알코올과 다관능성 아크릴레이트 모노머, 접착 증진제, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 배향막 조성물을 상기 기재 위에 도포한 후 건조, 경화 및 러빙(rubbing) 처리하여 얻어지는 배향막 및 상기 배향막 위에 형성되는 퍼짐(splay) 배향된 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
O-플레이트, 퍼짐 배향, 일체형 편광판, 광학 보상 필름, 배향막

Description

내구성이 우수한 Ｏ-플레이트 및 이를 포함하는 일체형 편광판{O-PLATE HAVING EXCELLENT DURABILITY AND INTEGRATED POLARIZING PLATE COMPRISING THE SAME}
도 1은 본 발명의 광학 보상 필름의 적층예를 나타내는 개략단면도,
도 2는 퍼짐 배향의 형태를 나타내는 개략도,
도 3는 본 발명의 편광판의 적층 형태를 나타내는 개략 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예1에 의해 제조된 배향막 위에 형성된 퍼짐 배향된 액정 필름의 시야각에 따른 위상차 분포를 나타낸 그래프, 그리고
도 5은 본 발명의 실시예1에 의해 제조된 배향막과 종래의 배향막 위에 형성된 액정 필름의 광축 이탈 정도를 특정한 결과를 비교하는 도면이며,
도 6은 본 발명의 실시예4에 의해 제조된 일체형 O-Plate 편광판을 TN형 액정 셀에 부착하였을 때의 Contrast ratio를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 내구성이 우수한 O-플레이트(O-plate) 및 이를 포함하는 일체형 편광판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 다습한 환경에서 액정 필름을 포함하는 위상차 필름을 사용할 경우에 나타날 수 있는 내구성 저하를 해결하기 위하여 신규한 기재를 사용하였을 경우에서조차도 기재 및 액정층과의 접착성 및 배향성이 우수한 배향막을 포함하는 광학 보상 필름 및 이를 포함하는 일체형 편광판에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치(LCD)는 편광판 사이에 위치하는 액정의 배열에 따른 편광 작용의 변화에 의해 빛을 선택적으로 통과시키는 원리를 이용하여 화소를 표현하는 디스플레이 장치이다.
다만, 상기 디스플레이 장치가 단순히 액정과 편광소자만을 포함하는 편광판으로만 이용될 경우, 액정을 액정화면에 수직한 정면에서 바라보는 경우 외의 다양한 시야각도에서 관찰할 경우 밝기 또는 콘트라스트가 현저히 저하되거나, 또는 빛샘 현상 등이 발생하는 문제가 있기 때문에 상기 편광판은 편광소자 이외에도 위상차 필름이나 시야각 보상필름과 같은 광학 보상 필름을 포함하거나 또는 이들 필름이 별도로 패널에 부착되는 경우가 일반적이다.
이러한 광학 보상 필름은 크게 나누어 고분자 필름을 연신하여 광학 이방성을 부여한 연신 필름과 플라스틱 기재 위에 중합성 액정 화합물을 도포하고 경화하여 만든 액정 필름의 형태로 나누어진다. 특히, 연신 필름이 광학적으로 일축 또는 이축성 등의 이방성을 가질 수 없음에 반하여 액정 필름은 연신 필름에서 구현하기 어려운 여러 가지 형태의 광학성질을 가질 수 있다. 즉, 액정은 액정분자의 모양에 따라 원반상(disc-type) 액정과 봉상(rod-type) 액정으로 나뉠 수 있는데, 그 중에서도 특히 봉상 액정은 평면(planar), 수직(homeotropic), 경사(tilted), 퍼짐(splay), 꼬임(cholesteric) 등의 다양한 배향 형태를 가지기 때문에 그로부터 비롯되는 광학성질도 연신 필름보다 훨씬 다양하며 독특하다. 또한, 연신 필름 위에 액정 필름을 형성함으로써 편광소자의 보호필름과 광학 보상 필름의 역할도 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 액정 필름의 수요는 증대되고 있는 실정이다.
특히, TN 모드 액정 디스플레이 장치에서는 상기 액정 필름을 퍼짐(splay) 배향시킬 경우 액정 필름을 광학 보상 필름으로 사용할 수 있다. 즉, 퍼짐 배향된 액정 필름은 빛샘 현상이나 위상차(시야각) 등을 보상하는 광학 보상 필름이 될 수 있는데, 상기 퍼짐 배향된 액정 필름을 편광소자의 보호필름으로 사용하는 TAC 필름 위에 도포한 후, 이를 편광소자의 보호필름으로 사용할 경우 광학보상필름 일체형 편광판으로 사용할 수 있다. 통상, 퍼짐 배향된 액정 필름을 포함하는 광학 보상 필름을 O-플레이트(O-plate)라 한다.
이때, 상기 퍼짐 배향된 액정 필름은 플라스틱 기재 위에 액정 배향막을 형성하는 배향막 조성물을 도포한 후 건조 및 경화하여 배향막을 형성시키고, 이를 다시 러빙하여 배향성을 부여한 후 액정을 그 위에 도포, 건조 및 경화하는 방식으 로 제작되는 것이 일반적이다. 이러한, 배향막은 액정 필름이나 기재와의 접착성이 우수하지 못할 경우에는 액정 필름이 배향막으로부터 박리되거나, 고온 다습한 환경에서 액정 필름의 수축이 일어나는 등의 문제가 발생될 수 있으므로 우수한 접착성을 가질 필요가 있다.
종래, 상기 배향막을 형성하는 배향막 조성물로는 폴리이미드가 널리 알려져 있었으며, 최근에는 폴리비닐 알코올이 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리비닐 알코올을 배향막 조성물로 사용하는 경우에는 액정 필름과의 접착력이 부족하여 상술한 바와 같이 액정 필름이 박리하거나, 고온 다습한 환경에서 액정 필름이 수축하는 등의 문제가 발생할 수 있어 적합하지 않다.
또한, 액정 필름과의 접착력을 향상시키기 위해 폴리비닐 알코올을 개질한 변성 폴리비닐 알코올을 사용하는 방법이 일본 특개 2002-62426호 및 일본특개평 7-179125호에 제안되었으나 이러한 변성 폴리비닐 알코올은 직접적인 도포액으로 사용할 수는 없고 추가적으로 변성 폴리비닐 알코올을 분리 및 정제하는 공정을 거친 후에 배향막 조성물로 사용할 수 있다.
또한, 배향막은 통상 기재 위에 형성되는 것이 보통인데 이러한 과정으로부터 제조된 배향막 조성물이라 하여도 사용 가능한 기재의 종류에 제한이 있을 수 밖에 없어 트리 아세틸 셀룰로오스(TAC)와 같은 기재에는 효과적으로 접착될 수 있 으나 싸이클로 올레핀 폴리머(COP)와 같은 기재에는 접착성이 불량하다.
즉, 트리 아세틸 셀룰로오스는 배향막을 형성시키기 위하여 널리 사용되는 기재이기는 하나, 높은 흡습성을 가지고 있어 고온 다습한 환경하에서 빛샘 현상을 유발하고, 편광도를 저하시키는 등 내구성이 떨어진다는 문제점을 가지고 있는 기재이며, 따라서 이를 대체하기 위하여 여러 가지 기재가 제안되고 있는데, 그 중 싸이클로 올레핀 폴리머가 대표적인 예이다. 여기서 싸이클로 올레핀 폴리머는 A-플레이트(A-plate) 또는 네가티브(negative) C-플레이트(C-plate) 중 적어도 하나 이상의 역할을 하고 동시에 편광소자의 보호필름 역할을 할 수 있으며, 트리 아세틸 셀룰로오스를 보호층으로 사용하는 편광판보다 고온, 고습에서의 내구성이 우수한 필름이다.
그런데, 상기 싸이클로 올레핀 폴리머의 경우에는 상술한 종래의 배향막 조성물을 사용할 경우 접착성이 불량하기 때문에 배향막이 분리되는 등의 문제가 일어날 수 있다.
또한, 이와는 별도로 배향막에 요구되는 기본적인 성질로 표면을 러빙하였을 때 러빙한 방향으로 액정 분자가 균일하게 배향될 수 있어야 하는데 이러한 능력은 액정분자가 러빙한 방향으로부터 얼마나 벗어나는지 정도를 나타내는 광축 이탈각으로 표현할 수 있다. 그런데, 종래의 배향막 즉, 폴리비닐 알코올을 이용한 배향 막은 어느 정도는 광축 이탈을 방지하여 양호한 배향 특성을 가지고 있으나 그 정도가 충분하지는 못하다. 액정의 광축 이탈각이 클 경우 이러한 액정을 이용하여 제조한 편광판은 편광판의 빛샘을 유발하며 콘트라스트비율 저하와 같은 광학적 손실을 가져올 수 있다.
따라서, 현재까지는 액정 필름이 배향막에 양호하게 접착되어 있으며, 접착된 액정 필름의 배향성도 우수한 위상차 필름은 개발되지 못한 실정이다.
또한, 편광판은 통상 편광소자의 양쪽에 보호필름을 구비하고 상기 보호 필름 외 위상차 필름이나 시야각 보상 필름 등과 같은 광학 보상 필름이 포함되는 형태를 가지는 것이 일반적인데, 상기 편광판의 두께가 두꺼울수록 생산비용이 증가함은 물론이고 박형화되어 가는 디스플레이 장치의 두께에 부담을 주기 때문에 가급적이면 편광판 등과 같이 디스플레이 장치에 부착되는 층의 두께는 가급적 감소시키는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 분리 및 정제공정이 필요 없고, 배향막의 위에 형성되는 퍼짐 배향된 액정층과의 접착성이 우수한 배향막을 포함하는 O-플레이트 및 상기 O-플레이트를 일체형으로 포함하는 편광판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배향막이 싸이클로 올레핀 폴리머와 같은 트리 아세틸 셀룰로오스 이외의 기재 위에 형성될 때조차도 기재와의 접착성이 양호한 배향막을 포함하는 O-플레이트 및 상기 O-플레이트를 일체형으로 포함하는 편광판을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배향막 위에 액정 필름을 형성시킬 경우 액정의 광축 이탈을 최소화할 수 있는 배향막을 포함하는 O-플레이트 및 상기 O-플레이트를 일체형으로 포함하는 편광판을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 O-플레이트는 기재, 폴리비닐 알코올과 다관능성 아크릴레이트 모노머, 접착 증진제, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 배향막 조성물을 상기 기재 위에 도포한 후 건조, 경화 및 러빙(rubbing) 처리하여 얻어지는 배향막 및 상기 배향막 위에 형성되는 퍼짐(splay) 배향된 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 기재는 트리 아세틸 셀룰로오스 또는 싸이클로 올레핀 폴리머(COP)로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 배향막 조성물은 폴리비닐 알코올(PVA), 상기 폴리비닐 알코올의 중량대비 13~25%의 아크릴레이트 단량체, 상기 아크릴레이트 단량체 중량대비 20~30%의 수용성 접착 증진제(adhesion promoter) 및 상기 아크릴레이트 단량체 중량대비 10~50%의 수용성 광중합 개시제(photo initiator)를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 아크릴레이트 단량체로는 탄소수 3~6개의 다관능성 아크릴레이트 단량체가 1종 또는 2종이상 사용되는 것이 좋다.
또한, 상기 아크릴레이트 단량체는 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(PETA), 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(PETTA) 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA)인 것이 효과적이다.
이때, 상기 아크릴레이트 단량체가 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트일 경우 폴리비닐 알코올 중량대비 17~25% 포함되는 것이 좋다.
그리고, 상기 아크릴레이트 단량체가 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트일 경우에는 폴리비닐 알코올 중량대비 15~21% 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아크릴레이트 단량체가 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트일 경우에는 폴리비닐 알코올 중량대비 13~21%를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 배향막 조성물이 물과 알코올의 혼합용매에 용해되어 배향막 조성물 용액을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배향막 조성물은 용액 중 2.44~7.25중량% 포함되는 것이 좋다.
그리고, 상기 혼합용매 중 물:알코올의 비율은 40:60~50:50인 것이 바람직하다.
또한, 알코올은 메틸알코올, 에틸알코올 또는 이소프로필 알코올인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 액정 필름은 4-(3-아크릴로이옥시프로필옥시)-벤조산 2-메틸-1,4-페닐렌 에스테르(4-(3-Acryloyoxypropyloxy)-benzoic acid 2-methyl-1,4-phenylene ester))에, 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산(4-시아노페닐 에스테르) (4-(6-Acryloyoxyhexyloxy)-benzoic acid (4-cyanophenyl ester)) 및 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산[4-트랜스-4-프로필시클로헥실]페닐 에스테르]( 4-(6-Acryloyoxyhexyloxy)-benzoic acid [4-trans-4-propylcyclohexyl] phenyl ester)) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 모두를 첨가하여 제조되는 퍼짐 배향을 가지는 중합성 봉상 액정화합물을 용매에 용해한 후, 배향막 위에 도포하고 건조 및 경화하여 제조된 것이 좋다.
또한, 상기 폴리비닐 알코올은 중량평균분자량이 85,000~146,000 이며, 96% 이하로 가수분해 된 것이 좋다.
그리고, 상기 접착 증진제는 수용성인 것이 효과적이다.
그리고, 상기 접착 증진제는 폴리(4-비닐페놀)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광중합 개시제는 수용성인 것이 좋다.
이때, 상기 광중합 개시제는 이가큐어 2959(IRGACURE 2959), 이가큐어 500 또는 이가큐어 754인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 O-플레이트는 상술한 적층 구조 이외에도, 하나 이상의 광학 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 편광판은 상술한 특징을 가지는 O-플레이트를 포함하는 편광판으로서, 편광소자의 양측 보호 필름 중 하나 또는 둘 모두가 상기 O-플레이트인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하고 본 발명의 목적에 부합하는 O-플레이트 및 이를 포함하는 일체형 편광판을 개발하기 위하여 깊이 연구한 결과, 하기하는 특수한 조건을 가지는 배향막 조성물을 이용하여 제조한 배향막을 상기 광학 보상 필름에 포함시킬 경우 상술한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 본 발명의 O-플레이트는 도 1에 도시한 바와 같이, 기재(1)와 기재 상에 도포된 배향막(2) 및 상기 배향막(2) 위에 도포되고 배향막(2)에 의해 퍼짐 배향성이 부여된 액정 필름(3)을 포함하며, 필요에 따라 종래부터 제공된 다른 광학 필름 층(4)을 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 배향막(2)을 제조하기 위한 조성물을 본 발명에서 제공하는 특별한 조성으로 할 경우, 기재(1) 및 액정 필름(3)과의 접착력이 우수한 성능을 가지는 O-플레이트를 얻을 수 있는 것이다. 상기 조성물은 기재(1)위에 도포된 후, 건조 및 경화시키고 이를 다시 러빙처리하면 본 발명의 O-플레이트에 포함되는 배향막으로 제조될 수 있다.
특히, 본 발명의 O-플레이트에서 사용되는 기재로는 종래의 트리 아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름은 물론이고 싸이클로 올레핀 폴리머(COP) 계열의 기재도 사용 가능하다. 이러할 경우 고온 다습한 환경 하에서 사용이 가능하여 내구성이 우수하다. 물론, 종래의 트리아세틸 셀룰로오스 필름을 사용할 경우에도 배향막과 액정 필름간의 접착력이 우수하기 때문에 종래보다 향상된 내구성을 가질 수 있다. 이러한 싸이클로 올레핀 폴리머(COP) 계열의 기재를 사용하는 O-플레이트는 본 발명을 다른 발명과 구분시키는 또 다른 특징이 될 수 있다.
본 발명의 O-플레이트에 포함되는 배향막을 제조하기 위한 배향막 조성물은 폴리비닐 알코올과 다관능성 아크릴레이트 모노머, 접착증진제, 광중합 개시제 및 용제로 이루어지는 배향막 조성물로서 그 자세한 특성은 하기하는 바와 같다.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이 액정을 퍼짐(splay) 배향시키기 위해서는 액정과 배향막간의 접착성능과 액정이 퍼짐 배향될 수 있는 조건을 모두 충족하여야 한다.
본 발명의 배향막 조성물은 폴리비닐 알코올(PVA), 상기 폴리비닐 알코올의 중량대비 13~25%의 아크릴레이트 단량체, 상기 아크릴레이트 단량체 중량대비 20~30%의 수용성 접착 증진제(adhesion promoter) 및 상기 아크릴레이트 단량체 중량대비 10~50%의 수용성 광중합 개시제(photo initiator)를 포함한다. 이러한 본 발명의 배향막 조성물은 전체 용액 중 2.44~7.25중량% 포함되도록 물과 알코올의 혼합용매에 용해되어 사용되는 것이 바람직하다.
이 중 상기 폴리비닐 알코올은 배향막을 형성하는 주 재료로서, 이하에서 나머지 모든 성분의 함량은 상기 폴리비닐 알코올 중량을 기준으로 하여 기재하기로 한다. 상기 폴리비닐 알코올로는 중량평균분자량(Mw)이 85,000~146,000인 폴리비닐 알코올로서 96% 이하로 가수분해된 것이 바람직하다. 다만, 상기 폴리비닐 알코올의 중량평균분자량은 접착특성에 약간의 영향을 미치나, 배향막의 성능에 큰 차이를 빚는 것은 아니다. 통상적으로 85,000~146,000인 것이 많이 사용된다. 그리고, 폴리비닐 알코올은 통상적으로 80% 이상의 것이 많이 사용되고 있으나, 그 중에서 96%를 초과하는 것은 배향막의 접착성능이나 배향특성에 악영향을 미치게 되기 때문에 바람직하지 않으므로 96%이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 가수분해 정도의 하한은 특별히 정할 필요가 없으나 일반적으로 구할 수 있는 폴리비닐알코올의 가수분해 정도는 80%가 최저이다.
마찬가지로, 아크릴레이트 단량체도 가교반응을 일으킴으로써 상기 폴리비닐 알코올을 보조하여 본 발명의 유리한 효과를 가지는 배향막을 제조하기 위한 중요한 성분으로서, 상기 아크릴레이트 단량체는 폴리비닐 알코올 중량대비 13~25% 포함되는 것이 바람직하다. 만일, 상기 아크릴레이트 단량체가 폴리비닐 알코올 중량의 13% 미만으로 포함될 경우에는 배향막과 액정 필름간 또는 배향막과 싸이클로 올레핀 폴리머(COP)와 같은 기재와의 층간 접착이 불량하여 배향막 또는 액정 필름이 박리되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 상기 아크릴레이트 단량체가 폴리비 닐 알코올 중량 대비 25%를 초과하여 포함될 경우에는 액정 배향을 퍼짐 배향시키기 곤란하다. 상기 아크릴 단량체로는 다관능성 아크릴레이트가 보다 바람직하며, 그 중에서도 C3~C6의 아크릴레이트 즉, 트리아크릴레이트(triacrylate)(특히, Penthaerythritol triacrylate, PETA), 테트라아크릴레이트(tetraacrylate)(특히, Penthaerythritol tetraacrylate, PETTA) 또는 헥사아크릴레이트(hexaacrylate)(특히, Dipenthaerthritol hexaacrylate, DPHA) 등이 바람직하다. 이들은 반드시 한 종류만 사용되어야 하는 것은 아니라 2종이상이 혼합되어 사용될 수도 있다. 상기 단량체로서 트리아크릴레이트를 사용할 경우 적정한 범위는 폴리비닐 알코올 중량대비 17~25중량%, 바람직하게는 20중량%이며, 테트라아크릴레이트를 사용할 경우에는 폴리비닐 알코올 중량대비 15~21% 포함되는 것이 바람직하고, 그리고 헥사아크릴레이트를 사용할 경우에는 폴리비닐 알코올 중량대비 13~21%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 각 경우의 상한과 하한을 정한 이유는 상술한 바와 같이 층간 접착력을 확보함과 동시에 퍼짐 배향이 용이하게 형성되도록 하기 위함이다. 가장 바람직한 경우는 트리아크릴레이트의 경우 폴리비닐 알코올 중량 대비 20%, 테트라아크릴레이트의 경우 폴리비닐 알코올 중량 대비 18%, 헥사아크릴레이트의 경우 폴리비닐 알코올 중량 대비 17% 이다.
또한, 접착성을 증대시키기 위하여 접착 증진제(adhesion promoter)가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 접착 증진제는 상기 아크릴레이트 단량체 중량 대비 20~30% 포함되는 것이 바람직한데, 만일 상기 접착 증진제가 아크릴레이트 단량체 중량 대비 20% 미만 포함될 경우에는 용액상태로 본 발명의 배향막 조성물을 기재 위에 도포할 경우 기재 위에서 배향막 조성물이 균일하게 분산되어 기재 표면을 적시지 못하고 용액 방울이 곳곳에 뭉쳐져 버리는 소위 디웨팅(dewetting) 현상이 일어난다. 따라서, 배향막을 기재 위에 형성시키는 것이 곤란하게 된다. 반대로 상기 접착 증진제가 아크릴레이트 단량체 중량 대비 30%를 초과하여 포함되면 액정 필름의 배향을 퍼짐 배향으로 하는 것이 어렵게 된다. 가장 바람직한 접착 증진제의 함량은 아크릴레이트 단량체 중량 대비 25%이다. 이러한 접착 증진제는 배향막 조성물이 물과 알코올의 혼합용매에 용해되어 사용되는 것이 바람직하다는 점을 감안할 때 수용성인 것이 바람직하다. 상기와 같은 수용성 접착 증진제의 예로는 중량평균분자량이 8,000인 폴리(4-비닐페놀), 중량평균분자량이 20,000인 폴리(4-비닐페놀), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 1-[N-[폴리(3-알릴옥시-2-히드록시프로필)]-2-아미노에틸]-2-이미다조리디논 용액(1-[N-[poly(3-allyloxy-2-hydroxypropyl)]-2-aminoethyl]-2-imidazolidinone solution), 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아] (Poly[bis(2-chloroethyl) ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]) 등을 들 수 있다.
기재 위에 도포된 배향막 조성물을 배향막으로 형성시키기 위해서는 배향막 조성물을 경화시키는 과정이 필요하다. 상기 배향막 조성물의 경화는 통상 배향막 조성물을 건조한 후 건조에 의해 용매가 증발된 배향막을 광경화(특히 UV 경화)함 으로써 이루어질 수 있는데, 이를 위해서는 광중합 개시제(photo initiator)가 포함될 필요가 있다. 상기 광중합 개시제는 상기 아크릴레이트 단량체 중량 대비 10~50% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 광중합 개시제가 아크릴레이트 단량체 중량 대비 10% 미만으로 포함될 경우에는 광중합반응이 원활하게 일어나기 어려워서 배향막의 경화에 불리하며, 반대로 아크릴레이트 단량체 중량 대비 50%를 초과할 경우에는 액정 배향 형성에 불리하다. 가장 바람직한 광중합 개시제의 함량은 아크릴레이트 단량체 중량 대비 25%이다. 또한, 상기 광중합 개시제는 물과 알코올의 혼합용매에서 사용된다는 점을 고려하면 수용성인 것이 바람직하며, 그 예로서는 시바-게이기(Ciba-Geigy) 사에서 공급하는 이가큐어 2959(IRGACURE 2959)( 2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-methyl-1-propanone), 이가큐어 500(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone + Benzophenone), 이가큐어 754(oxy-phenyl-acetic acid 2-[2 oxo-2 phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester and oxy-phenyl-acetic 2-[2-hydroxy-ethoxy]-ethyl ester) 등을 들 수 있다.
상기와 같은 조성의 본 발명의 배향막 조성물은 물과 알코올의 혼합용매에 용해되어 사용되는 것이 바람직한데, 여기서 알코올로는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 등을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 혼합용매를 제조할 때 혼합 용매 중 물:알코올 비율을 40:60 내지 50:50으로 하는 것이 바람직하며, 특히 메틸알코올 또는 에틸알코올일 경우에는 41:59%가 가장 바람직하며, 이소프로필 알코올일 경우에는 40:60인 경우가 가장 바람직하다. 상기 배향막 조성물은 전체 조성 물(용액)의 중량 대비 2.44~7.25% 포함되는 것이 바람직한데, 만일 2.44중량% 미만으로 포함될 경우에는 용매량이 너무 많아 충분한 두께의 배향막이 형성되는 것이 불리하며 접착성 확보도 곤란하다. 반대로, 7.25중량%를 초과하여 포함될 경우에는 액정배향을 퍼짐 배향으로 하는 것이 곤란해진다. 따라서 용매를 제외한 배향막 조성물의 적절한 함량은 2.44~7.25중량%인 것이다.
상기 배향막 조성물로부터 제조되는 배향막 위에는 퍼짐 배향을 가지는 중합성 액정화합물로서 반응기로서 아크릴레이트기가 부착된 것들 중에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 4-(3-아크릴로이옥시프로필옥시)-벤조산 2-메틸-1,4-페닐렌 에스테르(4-(3-Acryloyoxypropyloxy)-benzoic acid 2-methyl-1,4-phenylene ester))에, 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산(4-시아노페닐 에스테르) (4-(6-Acryloyoxyhexyloxy)-benzoic acid (4-cyanophenyl ester)) 및 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산[4-트랜스-4-프로필시클로헥실]페닐 에스테르]( 4-(6-Acryloyoxyhexyloxy)-benzoic acid [4-trans-4-propylcyclohexyl] phenyl ester)) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 모두를 첨가하여 제조되는 액정화합물의 혼합물 등을 용매에 용해시킨 후 배향막 위에 도포한 후 건조 및 경화시켜 제조된 액정 필름이 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 편광판은 상술한 O-플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 O-플레이트를 포함하는 본 발명의 편광판은 일체형으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에서 일체형이라 함은 종래의 편광판이 편광소자의 취약성을 보완하기 위하여 양쪽에 보호필름을 구비한 형태를 가지며, 기타 필요에 따라 위상차 필름이나 시야각 보상 필름과 같은 상기 O-플레이트를 포함하는 형태를 가짐에 반하여, 도 3에 각 경우를 나타내어 도시한 바와 같이 상기 종래의 편광판에 포함되는 편광소자 양쪽의 보호필름(30) 중 하나 또는 둘 모두를 O-플레이트로 대체한 형태의 편광판을 말한다. 즉, 본 발명에서 의미하는 일체형 편광판은 O-플레이트(10)-편광소자(20)-보호필름(30)(도 3의 (a)), 보호필름(30)-편광소자(20)-O-플레이트(10)(도 3의 (b)) 또는 O-플레이트(10)-편광소자(20)-O-플레이트(10)(도 3의 (c))의 형태를 가지는 편광판인 것이다. 이하, 이러한 형태의 일체형 편광판을 총칭하여 '편광소자 양쪽의 보호필름 중 하나 또는 둘 모두를 O-플레이트로 대체한 형태의 편광판'이라 칭한다.
이하의 실시예에서, 첨부하는 도면과 데이터를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 해석되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
배향막 제조
- 실시예1
하기 표 1에 도시한 바와 같이 배향막 조성물의 성분을 제어하여 물과 알코올의 혼합용매에 150℃의 온도에서 용해하여 배향막 조성물 용액을 제조하였다.
항목 중량(g) 중량비(%)
배향막 조성물 용액 혼합용매 물 480 47.88
에탄올 497 49.58
배향막 조성물 폴리비닐 알코올(87% 가수분해), Mw 85,000~124,000 20 2.00
디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 3 0.40
폴리(4-비닐페놀) Mw 8,000 0.75 0.075
이가큐어 2959 0.75 0.075
상기 방법으로 만들어진 배향막 조성물 용액을 싸이클로 올레핀 폴리머(COP) 위에 와이어 바(wire bar)로 도포하고, 100℃ 건조 오븐에서 2분 동안 열풍 건조시킨 후 80W/CM 고압 수은 램프를 이용하여 3m/분의 속도로 1회 경화하였으며, 경화된 배향막 표면을 러빙 처리하여 배향막을 완성하였다.
4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산(4-시아노페닐 에스테르) 16 중량%, 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산[4-트랜스-4-프로필시클로헥실]페닐 에스테르] 40 중량%, 4-(3-아크릴로이옥시프로필옥시)-벤조산 2-메틸-1,4-페닐렌 에스테르 40 중량%, 및 이가큐어907(스위스의 Ciba-Geigy사 제조) 4 중량%의 비율로 혼합된 퍼짐 배향을 가지는 중합성 액정 화합물을 톨루엔에 용해시켜 고형분 농도가 25중량%가 되도록 만든 액정용액을 상기 배향막 위에 와이어 바로 도포하고 70℃ 건조 오븐에서 1분 동안 열풍 건조시킨 후 80W/CM 고압 수은 램프를 이용하여 3m/분의 속도로 1회 경화시켜, 액정 필름을 제작하였다.
따라서, 최종적으로는 COP 기재, 상기 COP 기재 위에 형성된 러빙처리된 배향막과 상기 배향막 위에서 형성된 액정 필름의 순서로 적층된 필름 적층체를 얻을 수 있었다.
각 층 사이 즉, COP와 배향막, 배향막과 액정 필름 사이의 접착력을 ASTM 법을 이용하여 평가하였으며, 배향막 위에 형성된 액정 필름의 광학 특성을 평가하기 위하여 AXOSCAN을 이용하여 시야각에 따른 위상차와 광축 이탈각을 측정하였다.
- 실시예2
하기 표 2에서 규정하는 배향막 조성으로 용액을 제조한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 COP 기재 위에 배향막을 형성하고 액정 필름을 형성하는 방식으로 COP 기재, 배향막 및 액정 필름의 순서로 적층된 필름 적층체를 얻을 수 있었다.
항목 중량(g) 중량비(%)
배향막 조성물 용액 혼합용매 물 480 47.90
에탄올 496 49.50
배향막 조성물 폴리비닐 알코올(87% 가수분해) Mw 85,000~124,000 20 2.00
펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 4 0.40
폴리(4-비닐페놀), Mw 8,000 1 0.1
이가큐어 2959 1 0.1
- 실시예3
하기 표 3에서 규정하는 배향막 조성으로 용액을 제조한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 COP 기재 위에 배향막을 형성하고 액정 필름을 형성하는 방식으로 COP 기재, 배향막 및 액정 필름의 순서로 적층된 필름 적층체를 얻을 수 있었다.
항목 중량(g) 중량비(%)
배향막 조성물 용액 혼합용매 물 480 47.88
에탄올 497 49.58
배향막 조성물 폴리비닐 알코올(87% 가수분해), Mw 85,000~124,000 20 2.00
디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 3 0.40
폴리(4-비닐페놀) Mw 8,000 0.75 0.075
이가큐어 2959 0.75 0.075
- 비교예1
배향막 조성물 용액의 조성을 표 2와 같이 한 것을 제외 하고는 상기 실시예1과 동일하게 COP 기재 위에 배향막을 형성하고 액정 필름을 형성하는 방식으로 COP 기재, 배향막 및 액정 필름의 순서로 적층된 필름 적층체를 얻을 수 있었다. 하기 표 4에 기재된 조성은 종래 폴리비닐 알코올계 배향막으로서 널리 사용되는 조성을 의미한다.
항목 중량(g) 중량비(%)
배향막 조성물 용액 혼합용매 물 568 56.8
에탄올 412 41.2
폴리비닐 알코올(87% 가수분해), Mw 85,000~124,000 20 2
- 비교예2
배향막을 형성하지 않고, COP 기재 위에 액정 필름을 적층한 필름 적층체를 얻었다.
퍼짐 배향의 위상차 확인
도 4에 실시예2에 의해 제조된 배향막 위에 형성된 액정 필름의 시야각에 따른 위상차 분포를 나타내었다. 도 4의 그래프에서 확인할 수 있듯이 시야각이 변화함에 따라 상기 퍼짐 배향 액정 필름의 위상차가 양호하게 분포되고 있음을 확인할 수 있었다. 도시하지는 않았으나, 다른 실시예1 및 실시예3의 경우도 유사한 경향을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
러빙각에 대한 배향이탈 확인
상기 실시예1에 의해 제조된 O-플레이트와 비교를 위해 함께 평가한 TN용 보상필름으로서 FUJI사의 WV(WIDE VIEW)-EA 필름필름의 광축 이탈특성을 평가한 결과를 도 5에 나타내었다. 도면 중 사각형 내에 존재하는 선의 방향이 러빙각에 대한 액정의 배향 정도를 의미한다. 즉, 상기 선이 동일한 방향으로 정렬되어 있을수록 액정의 광축 이탈 정도가 적은 것이다. 본 발명에 따른 실시예1의 경우는 러빙각에 대해 약 0.16도 정도 광축 이탈각이 발생하고, 비교에 사용된 필름의 경우 광축 이탈각이 약 0.31도 정도임을 확인할 수 있었다.
배향성 및 접착성 확인
실시예1, 실시예2, 실시예3, 비교예1 및 비교예2에 의한 액정 필름의 배향성과, 기재와 배향막 사이의 접착성, 배향막과 액정 사이의 접착성을 평가하고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 배향성 평가는 배향이 전혀 되지 않는 경우(X)와 약간의 편차는 있더라 하더라도 배향이 되는 경우(O)를 기준으로 하여 실시하였다. 접착성은 ASTM 규격에 의거 칼로 액정 필름 표면에 1mm 간격으로 바둑판과 같은 선형태로 크로스-컷(cross-cut)한 후 그 위에 셀로판 테이프를 붙이고 이를 떼어 낼 때 붙어있는 지 여부로서 판단한 것으로서 O는 완전히 붙어있는 경우를, X는 바둑판 무늬 사이가 부분적으로 박리되거나 또는 완전히 박리되는 경우를, 그리고 - 는 실험결과가 없음을 나타낸 것이다.
구분 배향성 접착성
기재/배향막 배향막/액정 필름
실시예 실시예1 ○ ○ ○
실시예2 ○ ○ ○
실시예3 ○ ○ ○
비교예 비교예1 ○ × -
비교예2 × - -
일체형 O-Plate 편광판의 제조 및 평가
실시예 2를 통해 제조된 COP 일체형 O-Plate와 TAC을 요오드를 흡착 연신한 PVA 편광소자의 양면에 보호필름으로 스틸렌-부타디엔 고무계 접착제를 이용하여 적층하고, 한쪽 면에 아크릴계 점착제를 코팅하여 편광판을 제조하였는데, 편광소자의 흡수축과 COP의 지상축은 직교하도록 배치하였다. 이렇게 제작된 편광판을 TN형 액정 셀을 사용한 액정 표시장치에 액정층(O-Plate)이 액정 셀측이 되도록 관찰자측과 백 라이트측 양쪽에 1장씩 붙였으며, 관찰자측와 백 라이트측 편광판의 흡수축이 E-mode가 되도록 배치하여 시야각을 측정하였다. 제작한 액정 표시장치에 관해서, ELDIM사의 EZContrast 측정기를 이용하여 콘트라스트 특성을 측정하고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에서 붉은 선은 콘트라스트 비율이 10:1인 경우를, 녹색 선은 30:1인 경우를 나타내는 것이다. 표 6은 실시예1, 실시예2 및 실시예3에 의해 제조된 O-플레이트를 상기와 같은 방식으로 PVA 편광소자에 적층한 후 콘트라스트 비율(C/R)을 측정하여 상기 콘트라스트 비율이 10 이상을 유지하는 범위를 나타낸 것이다.
시야각
상 하 좌우
실시예 PVA+실시예1 75 80 80
PVA+실시예2
PVA+실시예3
상술한 표 6의 결과로부터, 본 발명에 따른 O-플레이트의 경우에는 넓은 시야각을 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 의할 경우 별도의 분리 및 정제공정이 필요 없고, 배향막의 위에 형성되는 액정층과의 접착성이 우수한 배향막 조성물 포함하는 광학 보상 필름을 얻을 수 있다. 상기 배향막은 싸이클로 올레핀 폴리머와 같은 트리 아세틸 셀룰로오스 이외의 기재 위에 형성될 때조차도 양호한 접착성을 가지며, 상기 배향막 위에 형성된 액정 필름은 최소화된 광축 이탈각을 가지므로 본 발명의 광학 보상 필름은 고온 다습한 환경에서도 내구성이 우수하며, 광학적 특징도 양호하다.
또한, 상기 본 발명의 광학 보상 필름을 포함하는 편광판은 상기 광학 필름으로 보호 필름 중 하나 또는 둘 모두를 대체할 수 있기 때문에 생산성도 양호하며, 우수한 광학적 성질을 광학적 성질을 보유할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기재, 폴리비닐 알코올과 다관능성 아크릴레이트 모노머, 접착증진제, 광중합 개시제 및 용제로 이루어진 배향막 조성물을 상기 기재위에 도포한 후 건조, 경화 및 러빙(rubbing) 처리하여 얻어지는 배향막 및 상기 배향막 위에 형성되는 퍼짐(slpay) 배향된 액정 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기재는 트리 아세틸 셀룰로오스 또는 싸이클로 올레핀 폴리머(COP)로 이루어진 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막 조성물은 폴리비닐 알코올(PVA), 상기 폴리비닐 알코올의 중량대비 13~25%의 아크릴레이트 단량체, 상기 아크릴레이트 단량체 중량대비 20~30%의 수용성 접착 증진제(adhesion promoter) 및 상기 아크릴레이트 단량체 중량대비 10~50%의 수용성 광중합 개시제(photo initiator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 아크릴레이트 단량체로는 탄소수 3~6개의 다관능성 아크릴레이트 단량체가 1종 또는 2종이상 사용되는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 아크릴레이트 단량체는 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(PETA), 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(PETTA) 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA)인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 아크릴레이트 단량체가 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트일 경우 폴리비닐 알코올 중량대비 17~25% 포함되는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 아크릴레이트 단량체가 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트일 경우에는 폴리비닐 알코올 중량대비 15~21% 포함되는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 아크릴레이트 단량체가 디펜타에리트리톨 헥사아크 릴레이트일 경우에는 폴리비닐 알코올 중량대비 13~21%를 사용하는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향막 조성물이 물과 알코올의 혼합용매에 용해되어 배향막 조성물 용액을 형성하는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 배향막 조성물은 용액 중 2.44~7.25중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 혼합용매 중 물:알코올의 비율은 40:60~50:50인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  12. 제 11 항에 있어서, 알코올은 메틸알코올, 에틸알코올 또는 이소프로필알코올인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  13. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 필름은 4-(3-아크릴로이옥시프로필옥시)-벤조산 2-메틸-1,4-페닐렌 에스테르(4-(3-Acryloyoxypropyloxy)-benzoic acid 2-methyl-1,4-phenylene ester))에, 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산(4-시아노페닐 에스테르) (4-(6-Acryloyoxyhexyloxy)-benzoic acid (4-cyanophenyl ester)) 및 4-(6-아크릴로이옥시헥실옥시)-벤조산[4-트랜스-4-프로필시클로헥실]페닐 에스테르]( 4-(6-Acryloyoxyhexyloxy)-benzoic acid [4-trans-4-propylcyclohexyl] phenyl ester)) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 모두를 첨가하여 제조되는 퍼짐 배향을 가지는 중합성 봉상 액정화합물을 용매에 용해한 후, 배향막 위에 도포하고 건조 및 경화하여 제조된 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  14. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리비닐 알코올은 중량평균분자량이 85,000~146,000 이며, 96% 이하로 가수분해 된 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  15. 제 3 항에 있어서, 상기 접착 증진제는 수용성인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 접착 증진제는 폴리(4-비닐페놀)인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  17. 제 3 항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 수용성인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 광중합 개시제는 이가큐어 2959(IRGACURE 2959), 이가큐어 500 또는 이가큐어 754인 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  19. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 광학 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 O-플레이트.
  20. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 및 제 19 항 중 어느 한 항의 O-플레이트를 포함하는 편광판으로서, 편광소자의 양측 보호 필름 중 하나 또는 둘 모두가 O-플레이트 필름인 것을 특징으로 하는 일체형 편광판.
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